Билет № 1

3. Биофизические основы восприятия звука. Закон Вебера-Фехнера. Пороги слышимости у человека.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина у человека не играет существенной роли для слуха. Звуковая волна проходит через слуховой проход и частично отражается от барабанной перепонки. В результате интерференции падающей и отраженной волн может возникнуть акустический резонанс. Наиболее существенной частью среднего уха являются барабанная перепонка и слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Косточки осуществляют передачу механических колебаний от воздушной среды наружного уха к жидкой среде внутреннего. Жидкая среда внутреннего уха имеет волновое сопротивление, приблизительно равное волновому сопротивлению воды. При прямом переходе звуковой волны из воздуха в воду передается лишь 0,123% падающей интенсивности. Поэтому основное назначение среднего уха — способствовать передаче внутреннему уху большей интенсивности звука. Еще одна из функций среднего уха — ослабление передачи колебаний в случае звука большой интенсивности. Это осуществляется рефлекторным расслаблением мышц косточек среднего уха. Наружное и среднее ухо относятся к звукопроводящей системе. Звуковоспринимающей системой является внутреннее ухо. Главной частью внутреннего уха является улитка, преобразующая механические колебания в электрический сигнал.

Звук является объектом слуховых ощущений, поэтому оценивается человеком субъективно.

Высота тона — субъективная характеристика, обусловленная, прежде всего частотой основного тона.

Тембр звука почти исключительно определяется спектральным составом.

Громкость — еще одна субъективная оценка звука, которая характеризует уровень слухового ощущения.

Несмотря на субъективность, громкость может быть оценена количественно путем сравнения слухового ощущения от двух источников. В основе создания шкалы уровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера—Фехнера: если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т. е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т. е. на одинаковую величину).

Математически это означает, что громкость звука пропорциональна логарифму интенсивности звука. Если действуют два звуковых раздражения с интенсивностями / и /₀, причем /₀ — порог слышимости, то на основании закона Вебера—Фехнера громкость относительно /₀ связана с интенсивностью следующим образом:

где K— некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности.

Примерный характер звука	Интенсивность звука, Вт/м2	Звуковое давление, Па	Уровень интенсивности звука относительно порога слышимости, дБ
Порог слышимости	1012	0,00002	0
Разговор:
тихий	108	0,002	40
нормальный	107	0,0064	50
громкий	106	0,02	60
Крик	104	0,2	80
Шум:
в поезде метро	103	0,64	90
двигателя самолета	101	6,4	110
Порог болевого ощущения	101	64	130